第四章ZPW2000A移频自动闭塞解析

2011年6月第四章ZPW-2000A移频自动闭塞一、ZPW2000A移频自动闭塞概述1.移频自动闭塞原理移频自动闭塞是以移频轨道电路为基础的自动闭塞。它选用频率参数作为控制信息，采用频率调制的方法，把低频信号(Fc)搬移到较高频率工程(载频f0)上，以形成振幅不变、频率随低频信号的幅度作周期性变化的调频信号。将此信号用钢轨作为传输通道来控制通过信号机的显示，达到自动指挥列车运行的目的。（a）低频信号（b）整形后的低频信号（c）载频信号（d）调频信号调制信号波形图2.载频、频偏的选择我国于20世纪90年代初引进法国高速铁路的UM71移频自动闭塞设备，并在此基础上结合我国国情研制了更加适应我国铁路的区间移频自动闭塞设备，该设备即为目前铁道部推广使用的ZPW-2000无绝缘轨道电路移频自动闭塞设备。低频频率：10.3+n×1.1Hz，n=0～17即：10.3Hz、11.4Hz、12.5Hz、13.6Hz、14.7Hz、15.8Hz、16.9Hz、18Hz、19.1Hz、20.2Hz、21.3Hz、22.4Hz、23.5Hz、24.6Hz、25.7Hz、26.8Hz、27.9Hz、29Hz。载频频率下行：1700-11701.4Hz上行：2000－12001.4Hz1700-21698.7Hz2000－21998.7Hz2300-12301.4Hz2600－12601.4Hz2300-22298.7Hz2600－22598.7Hz频偏：±11Hz输出功率：不小于70W3.基本工作原理在移频自动闭塞区段，移频信息的传输，是按照运行列车占用闭塞分区的状态，迎着列车的运行方向，自动地向各闭塞分区传递信息的。列车运行方向甲站乙站6G5G4G3G2G1G移频轨道电路信息发送信息接收列车运行方向：X行机车显示：LLLUUHU地面显示：LLLUUH5G4G3G2G1G1700-12300-11700-22300-21700-12300-111.4Hz11.4Hz13.6Hz16.9Hz29Hz2000-22600-22000-12600-12000-22600-2S行4.ZPW2000A型自动闭塞系统特点（1）充分肯定、保持UM71无绝缘轨道电路技术特点及优势。（2）解决了调谐区断轨检查，实现轨道电路全程断轨检查。（3）减少调谐区分路死区。（4）实现对调谐单元断线故障的检查。（5）实现对拍频干扰的防护。（6）通过系统参数优化，提高了轨道电路传输长度。（7）提高机械绝缘节轨道电路传输长度，实现与电气绝缘节轨道电路等长传输。（8）轨道电路调整按固定轨道电路长度与允许最小道碴电阻方式进行。既满足了1Ω·km标准道碴电阻、低道碴电阻传输长度要求，又提高了一般长度轨道电路工作稳定性。（9）用SPT国产铁路信号数字电缆取代法国ZCO3电缆，减小铜芯线径，减少备用芯组，加大传输距离，提高系统技术性能价格比，降低工程造价。（10）采用长钢包铜引接线取代75mm2铜引接线，利于维修。（11）发送、接收设备四种载频频率通用，由于载频通用，使器材种类减少，可降低总的工程造价；（12）发送器和接收器均有较完善的检测功能，发送器可实现“N+1”冗余，接收器可实现双机互为冗余。5.系统构成主轨道电路调谐区（小轨道电路）补偿电容XGJXGJHXGXGHGJ1GJ2机械绝缘节空心线圈调谐单元调谐单元调谐单元空心线圈匹配变压器匹配变压器匹配变压器电缆模拟网络盘电缆模拟网络盘电缆模拟网络盘衰耗盘衰耗盘接收器接收器发送器设备构成：发送器ZPW·F接收器ZPW·J衰耗盘ZPW·PS1电缆模拟网络盘ZPW·PML1匹配变压器ZPW·BP1调谐单元ZW·T1空心线圈ZW·XK1机械绝缘空心线圈ZPW·XKJ网络接口柜ZPW·GL-2000A电缆模拟网络组匣ZPW·XML补偿电容CBG1/CBG2无绝缘移频自动闭塞机柜ZPW·G-2000A空芯线圈防雷单元ZPW·ULG/ZPW·ULG1钢轨引接线ZPW-2000A型无绝缘移频自动闭塞系统系统框图（1）调谐区(电气绝缘节)调谐区既电气绝缘节，除车站进出站口交界点外，各闭塞分区分界点均设电气绝缘节。调谐区按29m长设计，它由调谐单元（称BA）及空心线圈（称SVA）组成。其参数保持原“UM71”参数，功能是实现两相邻轨道电路电气隔离。F1F229m电气绝缘节原理图空芯线圈调谐单元调谐单元SVA设在调谐区，归纳起来有以下作用：①平衡牵引电流回流SVA设置在29米长调谐区两个调谐单元的中间，由于它对于50Hz牵引电流呈现甚小的交流阻抗(约lOmΩ)，故能起到对不平衡牵引电流电动势的短路作用。②对于上、下行线路间的两个SVA中心线可做等电位连接。一方面平衡电路间牵引电流，一方面可保证维修人员及设备安全（起纵向防雷作用）。等电位连接图如下：③SVA作抗流变压器用SVA作抗流变压器时，其总电流≤200安(长时间）如在道岔斜股绝缘两侧各装一台SVA，二中心线连接。④可为谐振槽路提供一个较为合适的Q值SVA对1700Hz感抗值有0.35Ω，对2600Hz也有0.54Ω。在调谐区中，不能把它单作为一个低阻值分路电抗进行分析，应将其作为并联谐振槽路的组成部分。SVA参数的适当选择，能保证调谐区工作的稳定性。（2）匹配变压器一般条件下，按0.3—1.0Ω·km道碴电阻设计，用于实现轨道电路（钢轨）与SPT铁路数字信号电缆的匹配连接。电路见下图：图3-1-3匹配变压器原理（3）补偿电容采取分段加补偿电容的方法，减弱电感的影响。其补偿原理可理解为将每补偿段钢轨L与电容C视为串联谐振，见下图补偿电容的没置方式宜采用“等间距法”，即将无绝缘轨道电路两端BA间的距离L按补偿电容总量N等分，其步长△=L/N。轨道电路两端按半步长△/2,中间按全步长△设置电容，以获得最佳传输效果补偿电容原理图（4）传输电缆采用SPT型铁路信号数字电缆，线径为1.0mm，总长10km。SPT数字电缆能实现1MHz(模拟信号)、2Mbit/s(数字信号)以及额定电压交流750V或直流1100V及以下铁路信号系统中有关设备和控制装置之间的联接，传输系统控制信息及电能。可在铁路电气化和非电气化区段使用。6、调谐区设备与钢轨间的引接线调谐区设备与钢轨间连接由3700mm、2000mm钢包铜引接线各两根构成。分别用于调谐单元、空心线圈、机械绝缘节空心线圈等设备与钢轨间的连接。五、室内设备1、发送器用于产生、高精度高稳定移频信号。系统采用发送“N+1”冗余方式。故障时，通过FBJ接点转至“+l”FS设备。2、接收器图3-1-5本轨道区段JS与邻轨道区段JS间关系3、衰耗盘用于实现主轨道电路、小轨道电路的调整。给出发送和接收器故障、轨道占用表示及其它有关发送、接收用+24V电源电压、发送功出电压、接收GJ、XGJ测试条件等4、电缆模拟网络电缆模拟网络设在室内，按0.5km、0.5km、1km、2km、2km、2x2km六节设计，用于对SPT电缆长度的补偿，电缆与电缆模拟网络补偿长度之和为10km。图防雷和电缆模拟网络原理框图5系统防雷系统防雷由两部分构成：室内防雷：该防雷设在室内发送端和接收端，实现对从电缆引入雷电冲击的横向、纵向防护。室外防雷：对钢轨引入雷电冲击进行保护。横向防护防雷单元设在匹配变压器轨道输入端。纵向防护防雷单元设在空芯线圈中心线与地之间。完全横向连接处不设防雷单元。6、无绝缘移频自动闭塞机柜室内的发送器、接收器、衰耗盘均放置在机柜上。为便于维修，移频柜上的设备布置需按区间闭塞分区编号顺序进行。设备位置排列应考虑与线路状态相对应，便于根据设备表示及测试数据，分析设备运用及故障状态。每台机柜可放置10套轨道电路设备，纵向5路组合，每路组合可装两个轨道电路的设备，包括发送器、接收器、衰耗盘各两台及发送、接收断路器、3x18柱端子各两个。发送断路器保险为10A，接收断路器保险为5A。具体布置时，将移频柜设备按区间闭塞分区顺序布置。按闭塞分区示意图应将上行端A1G-A5G、B1G-B5G，共计10套设备放在第一个移频架上，其顺序为：1-A5G、3-A4G、5-A3G、7-A2G、9-A1G2-B5G、4-B4G、6-B3G、8-B2G、10-B1G闭塞分区编号示图六、ZPW-2000A总技术条件1.环境条件ZPW-2000A无绝缘移频轨道电路在下列环境条件下应可靠工作：（1）周围空气温度：室外：-40℃～+70℃室内：-5℃～+40℃（2）周围空气相对湿度：不大于95%（温度30℃时）大气压力：70kPa～106kPa（3）周围无腐蚀和引起爆炸危险的有害气体。2.接收器轨道电路调整状态下：主轨道接收电压不小于240mV；主轨道继电器电压不小于20V（1700Ω负载，无并机接入状态下）；小轨道接收电压不小于33.3mV（考虑到上下边频幅度差，运用中，33～38mV）；小轨道继电器或执行条件电压不小于20V（1700Ω负载，无并机接入状态下）。3.直流电源电压范围：23.5V～24.5V与原有UM71系统设备配套，其直流电压范围为22.5～28.8V。4.轨道电路（1）主轨道电路工作值240mV；（2）小轨道电路工作值33.3mV；（3）分路灵敏度为0.15Ω；（4）主轨道电路分路残压为140mV（带内）；设备原理说明一、发送器的作用ZPW-2000A型无绝缘轨道电路发送器，在区间适用于非电化和电化区段的多信息无绝缘轨道电路区段，在车站适用于非电化和电化区段站内移频电码化发送。ZPW-2000A型无绝缘轨道电路发送器在使用中产生18种低频信号8种载频(上下行各四种)的高精度、高稳定的移频信号；供自动闭塞、机车信号和超速防护使用。有足够的输出功率，且能根据需要调节发送电平；能对移频信号特征实现自检，故障时给出报警“N+1”冗余运用的转换条件。二、发送器原理1.发送器结构图图3-2-1通用型发送器原理框图2、微处理器、可编程逻辑器件及作用：(1)采用双处理器，双软件，双套检测电路,闭环检查(2)处理器采用80C196，其中CPU1控制产生移频信号。CPU1、CPU2还担负着移频输出信号的低频,载频及幅度特征的检测等功能；(3)FPGA可编程逻辑器件，由它构成移频发生器，并行输入/输出扩展接口,频率计数器等。3、低频和载频编码条件的读取图3-2-2低频编码条件的读取4、移频信号产生低频,载频编码条件通过并行输入／输出接口分别送到两个处理器后，首先判断该条件是否有，仅有一路。满足条件后，CPU1通过查表得到该编码条件所对应的上下边频数值，控制移频发生器，产生相应FSK信号。并由CPU1进行自检，由CPU2进行互检，条件不满足，将由两个处理器构成故障报警。为保证“故障一安全”，CPUl,CPU2及用于“移频发生器”的“可编程逻辑器件”分别采用各自独立的时钟源。经检测后，两处理器各产生一个控制信号，经过“控制与门”，将FSK信号送至方波正弦变换器。5、激励放大器为满足“故障一安全”要求，激励放大器采用射极输出器。为提高输入阻抗，提高射极输出器信号的直线性，减少波形失真，免除静态工作点的调整以及电源电压对放大器工作状态的影响，激励放大器采用运算放大器。该运算放大器采用+5V-5V电源。6、功率放大器从故障-安全及提高功出电压稳定性考虑，功率放大器采用射极输出器，其简化电路如下图数字电路1数字电路2安全与门执行继电器7、安全与门电路安全”与门”电路8、表示灯设置及故障检测(1)“工作”表示灯设在衰耗盘内，与FBJ线圈条件相并联，如下图3-2-6。R用作限流，“N”为工作指示灯，光耦提供发送报警接点。发送工作正常：工作表示灯亮，报警接点通。发送工作故障：工作表示灯灭，报警接点切断车站移频报警继电器YBJ电路。(2)故障表示灯为便于检修所对复杂数字电路的维修，盒内针对每一套处理器设置了一个指导维修人员查找设备故障的“故障表示灯”。用其闪动状况，表示它可能出现的故障点。3-2-6发送报警灯电路发送器外线连接示意图三、发送器“N+1”冗余系统原理在ZPW-2000系统中